Para optar el Grado Académico de Bachiller en Ingeniería de Minas

Huancayo, 2019

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

Trabajo de Investigación

Rubén Darío Vidal Salinas

Transportabilidad del relleno en pasta a largasdistancias en la empresa Nexa Resources, 2019

"Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Perú"

Trabajo de investigación

2

AGRADECIMIENTO

Mi eterna gratitud a la Universidad Continental y a la Escuela Académico Profesional de

Ingeniería de Minas por permitirme recibir conocimientos de minería moderna en los años de

estudios de pre grado.

Mi sincero agradecimiento a toda la plana docente y autoridades de la Escuela Académico

Profesional de Ingeniería de Minas por la didáctica y compartir sus conocimientos en la

ingeniería de minas.

A la Empresa Nexa Resources, a su gerente: Ing. Antonio Padrón, por su valioso apoyo

incondicional y facilidades prestadas en la Unidad Minera Cerro lindo, durante el desarrollo de

mi trabajo de investigación.

3

DEDICATORIA

Con todo el amor dedico este trabajo

a mi esposa y a mis hijos por quienes me esfuerzo

para superarme, apoyarlos y darles lo mejor.

INDICE AGRADECIMIENTO

DEDICATORIA

INDICE

INDICE DE FIGURAS

CAPITULO I ................................................................................................................................ 8

PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ........................................................................................ 8

4

1.1. Planteamiento y formulación del problema ................................................................ 8

1.1.1. Planteamiento del problema ................................................................................. 8

1.1.2. Formulación del problema ..................................................................................... 9

1.2. Objetivos ......................................................................................................................... 9

1.2.1. Objetivo general ...................................................................................................... 9

1.2.2. Objetivo especifico ............................................................................................... 10

1.3. Justificación e importancia ......................................................................................... 10

1.4. Hipótesis y descripción de variables ......................................................................... 11

1.4.1. Hipótesis ................................................................................................................ 11

1.4.2. Definición de variables ......................................................................................... 12

CAPITULO II ............................................................................................................................. 13

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 13

2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA........................................................................ 13

2.2. BASES TEÓRICAS ..................................................................................................... 17

2.2.1. Método de Explotación ........................................................................................ 17

2.2.2. Ciclo de minado .................................................................................................... 18

2.2.3. Relleno en pasta ................................................................................................... 23

2.2.4. Tapones de contención ....................................................................................... 29

2.3. Definición de términos básicos .................................................................................. 32

2.3.1. Relleno de Pasta .................................................................................................. 33

2.3.2. Agua ....................................................................................................................... 33

2.3.3. Cemento................................................................................................................. 33

2.3.4. Consistencia .......................................................................................................... 33

2.3.5. Compresión ........................................................................................................... 33

2.3.6. Relave Minero ....................................................................................................... 33

2.3.7. Relación agua cemento (a/c) .............................................................................. 33

2.3.8. Resistencia a la compresión ............................................................................... 33

2.3.9. Tamizado ............................................................................................................... 33

CAPITULO III ............................................................................................................................ 33

METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 33

3.1. Métodos y alcance de la investigación ..................................................................... 34

3.1.1. Métodos ................................................................................................................. 34

3.1.2. Alcance................................................................................................................... 34

3.2. Diseño de la investigación .......................................................................................... 34

5

3.3. Población y muestra .................................................................................................... 34

3.3.1. La población .......................................................................................................... 34

3.3.2. Muestra .................................................................................................................. 34

CAPITULO IV ........................................................................................................................... 34

RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................................. 34

4.1. Introducción del relleno en pasta con aditivo .......................................................... 34

4.2. Ensayos realizados ..................................................................................................... 36

4.2.1. Mezclas patrón ...................................................................................................... 36

4.2.2. Mezclas con aditivo .............................................................................................. 36

4.3. Parámetros operacionales por considerar en la prueba ........................................ 37

4.4. Resultados de densidad de relleno, consistencia (slump) y presión de bombeo: ................................................................................................................................................ 38

4.4.1. Mezclas patrón: ..................................................................................................... 38

4.4.2. Mezclas con aditivo: ............................................................................................. 40

4.5. Tiempo de secado ....................................................................................................... 43

4.5.1. Análisis de resultados .......................................................................................... 45

4.6. Resistencia a compresión: ......................................................................................... 45

4.6.1. Análisis de resultados: ......................................................................................... 46

CONCLUSIONES .................................................................................................................... 47

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 48

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Secuencia de mina mina Cerro Lindo 19

Figura 2. Tabla geomecanica de la mina Cerro Lindo 21

Figura 3. Equipo perforador frontonero en perforación 21

Figura 4. Frente cargado y amarrado 22

Figura 5. Detector de gases 23

Figura 6. Desatador mecánico 23

Figura 7. Scoop para limpieza de frente 24

6

Figura 8. Diagrama de flow sheet de las plantas de pasta 1 y 2. 25

Figura 9. Filtro de banda. 26

Figura 10. Tanque espesador. 26

Figura 11. Tolva mezclador. 27

Figura 12. Bomba putzmeister. 28

Figura 13. Prueba de slump de la pasta. 29

Figura 14. Estructurado 1er nivel de un muro tapón de concreto. 31

Figura 15. Punto de descarga de la línea de aditivo en el mezclador continúo 32

de Planta.

Figura 16. Las densidades registradas en ambas muestras de relleno patrón 37

Fueron 2570 y 2600.

Figura 17. Presiones de bombeo registradas en el instante del muestreo 40

de mezclas patrón al tajo de prueba.

Figura 18. Densidad del relleno Vs Extensibilidad horizontal 41

Figura 19. Muestras para realizar el secado con vicat. 43

Figura 20. Ensayo de tiempo de secado con herramienta vicat. 45

Figura 21. Muestras de probetas de relleno para la compresión. 46

RESUMEN

En la Unidad Minera Cerro Lindo se usa la tecnología del relleno en pasta para el rellenado de

los tajos vacíos producto del minado por el método sublevel stoping, los rellenos de los tajos

deben tener una resistencia óptima para garantizar la recuperación de los tajos secundarios y

terciarios de acuerdo al secuenciamiento de minado, disminuyendo el riesgo de contaminación

de la carga de mineral con el relleno de las paredes de los tajos primarios rellenados.

El presente informe de trabajo de investigación “Transportabilidad del relleno en pasta a largas

distancias en la empresa Nexa Resources 2019” tiene por objetivo proponer el logro de

transporte de la pulpa de relleno en pasta hacia los nuevos cuerpos de yacimiento mineral

ubicados a una distancia mayor a la consideración del proyecto inicial del relleno en pasta en los

cuerpos OB1 y OB2.

7

La transportabilidad de la pulpa de relleno a largas distancias debe satisfacer con el

requerimiento principal de rellenar con material de calidad para conseguir una resistencia

optima, mitigar la sedimentación del relleno en la parte inferior de la tubería y manejar una

mezcla para la presión de bombeo este acorde con la disponibilidad de la bomba putzmeister.

INTRODUCCIÓN

En el Perú la minería ha venido usando la más avanzada tecnología en sus operaciones unitarias,

llegando a automatizar algunos de sus operaciones en interior mina, la robotización de equipos

que son manipulados a control remoto desde una cabina ubicado en la superficie. Esta son

tecnologías en la minería trackless de empresas de clase mundiales que son mecanizados en su

totalidad, la Unidad Minera Cerro Lindo es la mina subterránea mecanizada con mayor

producción de mineral en todo el Perú, utilizando el método de explotación de sublevel stoping.

Este método de minado al terminar de extraer el mineral en los tajos, deja grandes vacíos que

deben ser rellenados con la tecnología de relleno en pasta compuesta en su mayoría por el

relave producido por la planta de tratamiento en superficie que es devuelta a interior mina para

eliminar vacíos, devolver la estabilidad del macizo rocoso, evitar ocurrencia de subsidencias,

hacer posible la recuperación de los tajos secundarios y aminorar el envió de relave a las canchas

de relave filtrado en superficie impactando en el medio ambiente.

En la Unidad Minera Cerro Lindo los nuevos cuerpos descubiertos se encuentran a una distancia

horizontal mayor a la estimada a un inicio del proyecto de pasta en la mina, la ubicación de las

plantas de pasta con respecto de los nuevos tajos que resultaran luego de la preparación y

8

explotación hacen que el envió de la pasta se vuelva un desafío en la transportabilidad del

relleno a largas distancias.

Palabras Clave: Pulpa de relleno, densidad de la mezcla, reologia.

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

1.1. Planteamiento y formulación del problema

1.1.1. Planteamiento del problema

El relleno en pasta está formado por relave más agua más cemento y cuando se

transporta por tuberías a largas distancias, esta se obstruye. Para evitar eso, se adiciona

más agua, pero se malogra el relleno en pasta. Para esto, se pretende usar aditivos que

mejoren el transporte de pasta a largas distancias. La trabajabilidad de las mezclas de

la pasta de relleno se puede mejorar con menor uso de litigante; disminuyendo la presión

de bombeo y reducción de perdida de presión; reducción de la tasa de desgaste de

tuberías; mejorando la colocación del relleno, asimismo teniendo una buena

consistencia en la mezcla de relleno mejorada y segregación reducida. El transporte de

relleno de pasta es vital para mantener la producción de mina y producción de

concentrados en planta concentradora. Cualquier obstrucción de las tuberías de relleno

trae como consecuencia el derrame de las mismas en las instalaciones mineras y

repercute en procedimiento administrativo sancionador por la autoridad en la materia

que es Osinergmin.

El tratamiento de mineral de 21,500 toneladas por día de mineral, genera un promedio

de 20210 toneladas de relave, de los cuales el 60% se deriva para el relleno en pasta

para los tajos vacíos y el 40% para disposición superficial. Los aditivos ayudan a reducir

la perdida de presión por mayor distancia de transporte y/o flujo mejorado. En la industria

minera se tienen diferentes empresas que ofrecen diversos tipos de aditivos para

cambiar las propiedades físico y químicas de los relaves mineros, los mismos que se

9

utilizan previa caracterización de los relaves y pruebas a nivel laboratorio que recién se

implementara a nivel industrial.

1.1.2. Formulación del problema

1.1.2.1. Problema General

¿Cuál es la dimensión predominante en la transportabilidad del relleno de pasta a largas

distancias en la empresa Nexa Resources?

1.1.2.2. Problemas Específicos

• ¿Cuál es el indicador predominante de la mezcla de agua en la transportabilidad del

relleno de pasta a largas distancias en la empresa Nexa Resources?

• ¿Cuál es el indicador predominante de los aditivos en la transportabilidad del relleno

de pasta a largas distancias en la empresa Nexa Resources?

• ¿Cuál es el indicador predominante de las tuberías en la transportabilidad del relleno

de pasta a largas distancias en la empresa Nexa Resources?

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo general

Determinar cuál es la dimensión predominante en transportabilidad del relleno de pasta

a largas distancias en la empresa Nexa Resources.

10

1.2.2. Objetivo especifico

• Determinar cuál es el indicador que predomina de la dimensión mezcla de agua

en la transportabilidad de relleno de pasta a largas distancias en la empresa

Nexa Resources.

• Determinar cuál es el indicador que predomina en la dimensión aditivos en la

transportabilidad del relleno de pasta a largas distancias en la empresa Nexa

Resources.

• Determinar cuál es el indicador que predomina en la dimensión tuberías de

transporte en la transportabilidad del relleno de pasta a largas distancias en la

empresa Nexa Resources.

1.3. Justificación e importancia

Esta investigación ayudara a comprender la distribución de tensiones en los rellenos de

pasta y calcular la estabilidad en las paredes de pasta. Asegurará la disminución de los

espacios vacíos en interior mina, asegurará la producción de mineral y el tonelaje de

tratamiento programado en la Planta Concentradora.

La utilización del relave como relleno dará un ahorro significativo ya que se reducirá al

máximo el uso de áreas para relaveras y se evita así la contaminación ambiental

producto del relave y su exposición al medio ambiente. Este tema es un constante dolor

de cabeza para toda la actividad minera en general y que obliga a las empresas a

grandes inversiones para neutralizar estos pasivos mineros.

La mejora en la confiabilidad del sostenimiento de las minas subterráneas permite una

reducción en los tiempos de ciclo. Esto aumenta la eficiencia operativa, lo cual aumenta

la rentabilidad y los impuestos para la contribución social.

11

En su relevancia práctica, una vez que la resistencia ha sido determinada, las variables

de la mezcla del relleno de pasta pueden ser optimizadas para proporcionar las mezcla

deseadas y lograr dicha resistencia con el uso más bajo de cemento. Esto sugiere que

el relleno debe ser a bajo costo. Estos costos pueden ser importantes dentro de los

gastos de explotación de la mina. La optimización de diseños de mezcla puede ofrecer

importantes ahorros de costo.

En cuanto a la metodología del trabajo de investigación, se involucran actividades de

diseño de muestreo, actividades de campo para extraer las muestras representativas y

la caracterización del relave y determinar pruebas experimentales. Será punto de partida

para muchos colegas que no tienen claro este tipo de metodologías que se emplean en

la investigación de proyectos mineros.

El costo de la obtención del material de relave en una planta concentradora es cero, es

la planta concentradora quien cubre el costo por concepto de transporte y espesado del

material. El transporte del material a través de las líneas de tuberías son las más

económicas, eficiente y rápido que con otras alternativas de transporte. Una

característica de la pasta es el angulo que forma en la depositacion del tajo, de esta

manera la pasta se va esparciendo formando un angulo de despositacion y con eso se

elimina la necesidad de utilizar recursos adicionales para esparcir manualmente o

mecánicamente el material. Utilizar el relave producido por planta concentradora para el

rellenado de los tajos se estaría ahorrando cero inversión en el plan de cierre de mina.

1.4. Hipótesis y descripción de variables

1.4.1. Hipótesis

1.4.1.1. Hipótesis General

La dimensión predominante en la transportabilidad del relleno de pasta a largas

distancias en la empresa Nexa Resources es la mezcla de agua.

12

1.4.1.2. Hipótesis específicos

• El indicador que predomina en la transportabilidad del relleno de pasta a largas

distancias en la empresa Nexa Resources es la dimensión uso de aditivos.

• El indicador que predomina en la transportabilidad del relleno de pasta a largas

distancias en la empresa Nexa Resources es la dimensión tuberías de

transporte.

1.4.2. Definición de variables

1.4.2.1. Variables independientes

Transportabilidad del relleno de pasta

1.4.2.2. Indicadores Independientes

Densidad de la pulpa (Tn/m3)

Porcentaje de cemento (%)

Volumen de relleno bombeado (m3)

1.4.2.3. Variables dependientes

Relleno en pasta a largas distancias

1.4.2.4. Indicadores dependientes

Distancia horizontal (metros)

Presión de bombeo (Bares)

Desgaste de tuberías (mm)

13

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

(Lain Huerta, 2015) realizo una investigación: Estudio de las dimensiones tensionales y

de la resistencia de los rellenos de pasta de la Mina subterránea de aguas teñidas,

Huelva, España. Trabajo para optar grado de Tesis Doctoral.

En su trabajo de Tesis ha considerado que para usar el relleno tipo de pasta para el

sostenimiento de las labores en la minería subterránea se debe tener un estudio técnico

de memoria descriptiva de cálculo de los parámetros de diseño de la mezcla,

optimización de bombeo y eficiencia en el transporte hacia interior mina, el relleno en

pasta dentro de la operación minera es muy importante por representar hasta el 20%.

En cuanto al uso del relleno de pasta, indica, es una tecnología relevante en las

operaciones en la minería subterránea y se está convirtiendo en una oportunidad de

mejora usual para su aplicación en muchas unidades mineras del mundo. El material de

relleno se vierte en tajos vacíos previamente extraídas todo el mineral en su interior para

formar una plataforma estable para el trabajo de las siguientes operaciones unitarias y

de soporte en las paredes adyacentes. También ayuda en el sostenimiento para los

muros y pilares, esto ayuda a prevenir el desprendimiento de carga o bloques del techo

del tajo y permite la recuperación de un pilar, todo esto favorece en aumentar la

productividad.

Cuando se tenga la resistencia óptima para el rellenado de los tajos, los parámetros

operaciones se someten a pruebas para reducir el consumo de cemento y disminuir los

costos en su consumo, el objetivo es enviar un metro cubico de pasta al menor costo

posible, en la tesis de Lain Huerta el costo de operación del relleno en pasta oscila entre

los 3 y 30 euros por metro cubico enviado a interior mina, estos costos influyen

enormemente en el costo general de la operación mina. En porcentajes del total del

costo de operación mina, el costo de relleno en pasta varía entre el 10 y 20 %, y de esto

el costo por consumo de cemento representa hasta un 75% de los costos del relleno.

Tener un buen diseño de mezcla desde la planta de pasta puede proyectar al cierre del

año un ahorro de costo importante.

Este antecedente aporta importantes ensayos de laboratorio como instrumentos idóneos

para evaluar la transportabilidad del relleno de pasta a largas distancias.

(G., y otros, 2015). Estudio experimental de la respuesta geomecánica de relaves en

pasta cementados utilizados para el relleno de caserones. Obras y Proyectos 17, 6-12.

The University of Western Australia.

14

De este trabajo de investigación, la idea concreta es que la tecnología de relleno de tajos

con pasta cementados con contenido de relaves se ha extendido en el sector minero del

método de explotación subterránea a nivel mundial. Esta tecnología moderna ofrece una

lista de ventajas para la operación y desde el punto de vista medio ambiental. En la

aplicación de esta tecnología de pasta en el vertimiento de los tajos se han encontrado

con las fallas o colapsos de los tapones que sirven para la contención de relleno, se ha

registrado y estudiado para la instrumentación geotécnica de un tajo vacio real, este

estudio permite cuantificar las presiones horizontales totales y presiones horizontales en

que se desarrollan en la primera etapa de rellenado. El fraguado entre las etapas de

relleno qe se realizan al rellenar un tajo, favorece en la consolidación del relleno y la

generación del efecto del arco entre el relleno y la roca, esto disminuye la tasa de

incremento de las presiones que se ejerce sobre el tapon de contención a medida el

relleno va subiendo de altura.

Dentro del contexto de esta resolución, declara la existencia de responsabilidad

administrativa de la Empresa Minera Los Quenuales S.A. al haberse acreditado que

realizo el transporte de relaves a través de una línea de tubería metálica en un tramo de

5.5 kilómetros sin contar con un sistema de contención ante derrame de relaves a lo

largo de toda esta línea; conducta tipificada como infracción administrativa en el artículo

32 del Reglamento para la Protección Ambiental en la Actividad Minero-Metalúrgica,

aprobado mediante Decreto Supremo Nro. 016-93.EM. El referido Decreto Supremo, en

su artículo 3 indica que tiene como objeto: a) Establecer las acciones de previsión y

control que deben realizarse para armonizar el desarrollo de las actividades

minerometalúrgicas con la protección del medio ambiente. b) Proteger el medio

ambiente de los riesgos resultantes de los agentes nocivos que pudiera generar la

actividad minerometalúrgica, evitando sobrepasen los niveles máximos permisibles. c)

Fomentar el empleo de nuevas técnicas y procesos relacionados con el mejoramiento

del medio ambiente. En su artículo 5 indica, “el titular de la actividad minero-metalúrgica,

es responsable por las emisiones, vertimiento y disposición de deshechos al medio

ambiente que se produzcan como resultado de los procesos efectuados en sus

instalaciones. A este efecto es su obligación evitar e impedir que aquellos elementos y/o

sustancias que por sus concentraciones y/o prolongada

permanencia puedan tener efectos adversos en el medio ambiente, sobrepasen los

niveles máximos permisibles establecidos.”

En su artículo 9, capitulo II, describe: “el titular de la actividad minera metalúrgica

presentara dos ejemplares del Programa de Adecuación y Manejo Ambiental- PAMA,

15

ante el Ministerio de Energía y Minas.” Reglamento para la Protección Ambiental en la

Actividad Minero-Metalúrgica, aprobado mediante Decreto Supremo Nro. 016-93/EM. La

normativa de Evaluación y Fiscalización ambiental nos proporciona un marco obligatorio

a cumplir en cuanto a la aplicación de procedimientos de prevención y manejo de

desechos al medio ambiente, lo que, a finalidad de mi investigación le da un

complemento de proceso a establecer en el transporte de relleno de pasta por tuberías

a larga distancia”.

(Ministerio de energía y minas, 2014), Resolución de Consejo Directivo Osinerming Nro,

375-2016.

Con fecha 11 de Setiembre 2014 la Policía Nacional del Perú comunica a Osinerming la

denuncia hecha por parte de las autoridades locales del distrito de Orcopampa, sobre

un derrame de relaves que afecto el rio Orcopampa y los pastizales de la parte baja del

Depósito de Relaves Nro. 4 de la Unidad Minera Orcopampa, de Buenaventura.

Del análisis que efectúa el Ente sancionador, en su punto Nro. 4, anota de la supervisión

efectiva realizada: “La causa de la fuga de relaves, fue por el soplado de la

empaquetadura de la unión de la brida de la tubería de transporte de relaves y por la

presión del relave transportado, lo cual el chorro de la pulpa de relave levanto la tapa de

madera del canal de contingencia (…). El derrame derramado ha llegado hasta el canal

de agua fresca que se encuentra a 3.00 m aproximadamente en línea recta (…), es por

ello que el agua contaminada con relaves fue conducido a través del canal hasta la zona

de pastizales (…)”.

Se desprende entonces, que la minera Buenaventura no controló debidamente el riesgo

de derrame de relaves por la apertura de las tapas de madera instaladas como cubierta

del canal de contingencia, para las tuberías de transporte de relaves. Este problema

potencial debió ser controlado oportunamente, debido a la presión con la que operan los

sistemas de transporte de relave por tubería, hecho que era de conocimiento del titular

minero.

Al margen de las normas de seguridad y control del medio ambiente impuesto por los

entes fiscalizadores, enmarcamos la necesidad de implantar un adecuado sistema de

control del transporte y almacenamiento de los relaves mineros. De allí la importancia

de un idóneo y eficaz sistema de transporte del relleno de pasta por tuberías a larga

distancia, primero, por una razón de seguridad materiales y ambientales y sus

consecuentes sanciones económicas que, en muchos casos son bastante altas, que

para este antecedente asciende una multa de 500 UIT. (A., y otros, 2015). Sistema de

relleno con mortero de relave para mejorar la confiabilidad del sostenimiento en la

minería subterránea. Sinergia e innovación, 3(2), 17-41. Lugar de aplicación de la

investigación: Minera Cerro Lindo, Chincha, Perú.

16

Muy aparte de la fluctuación del metal en el mundo, Oyarzun & Oyarzun (2011) nos

indican que parte de las preocupaciones de los stakeholders ( partes interesadas)

durante los procesos de las extracciones mineras subterráneas son los continuos

deslizamientos o derrumbes durante las labores por falta de inestabilidad en el

sostenimiento que conlleva tener equipos atrapado, retrasos en la extracción de

minerales y/o muertes y/o accidentes del personal minero; otra preocupación son las

prácticas ambientales de las empresas mineras que preocupa constantemente a sus

pobladores hacen que impidan el funcionamiento de las empresas mineras en sus

comunidades. Esta investigación presenta un innovador sistema de relleno con mortero

de relave, dando una solución de bajo costo y cumpliendo con los requisitos de

resistencia obtenidos por métodos mecánicos. En cuanto a su metodología de carácter

científico, aplicada, cuantitativa y cuasi experimental en el uso del nuevo sistema de

relleno con mortero de relave, usando el relave como parte de la muestra, dando

confiabilidad en el sostenimiento de las labores, bajar el nivel de relavera y evitar

accidentes o equipos atrapados durante las extracciones en la minería subterránea. En

cuanto a la confiabilidad en el sostenimiento en las labores mineras subterráneas,

teniendo como marco teórico principal, la minería subterránea, los métodos de minado,

los métodos de sistema de relleno, el sostenimiento y la confiabilidad.

El problema de la investigación: El sostenimiento en las minas subterráneas es el

proceso de ejercer estabilidad física a las excavaciones subterráneas mediante el uso

de diferentes elementos de sostenimiento salvaguardando vidas y equipos mineros.

Entre el 2000 y 2015 se tiene registrado que el 32 % de los accidentes mortales ocurridos

son por caída de rocas en minería subterránea, según el Ministerio de Energía y Minas

del Perú, (MINEM, 2015), ocupando el segundo lugar de accidentes mortales ocurridos

en labores subterráneas horizontales como galerías, bypass, crucero, así como tajos

convencionales y mecanizados. El aporte de la presente investigación y que está

comprometida con nuestra variable Transporte de relleno de pasta: demuestra una

mejora consistente en la confiabilidad del sostenimiento de las minas subterráneas con

la aplicación del sistema de relleno con mortero; la utilización de este método permite

mejorar la capacidad operativa de la mina, reducir los tiempos del ciclo minero,

incrementar la productividad, mejorar los márgenes, en beneficio de la organización y

del ambiente.

(Cantorin, 2013). La pasta es un fluido no Newtoniano, con alta concentración de sólido

en su composición. En este trabajo de investigación se utilizó los relaves totales

generados en la planta concentradora como componente principal, se mezcla con

cemento y escoria metalúrgica molida y agua, para obtener una pasta con valores de

resistencia a la compresión uniaxial, a un determinado tiempo de curado. La pasta se

17

transporta a través de tuberías de acero al carbono y tuberías de HDPE hacia interior

mina.

Al realizar diversas pruebas de laboratorios como instrumentos de medición se ha

obtenido, la reducción de consumo de cemento en el diseño de la mezcla hace que la

resistencia a la compresión es menor, lo que aumenta es el costo de preparación de los

tajos, que incluye mano de obra, barreras y tuberías. El costo de mantenimiento se

incrementa por el tiempo de uso de los equipos de planta de relleno y el consumo de

escoria disminuye en menor proporción que el cemento. La aplicación de relleno en

pasta cumple una función estructural, restablece la estabilidad del macizo rocoso y por

consiguiente permite la recuperación total y segura de pilares de mineral existentes en

la mina, así como la continuidad del minado a niveles inferiores. Hay beneficios

ambientales, ya que el agua residual, resultante de los procesos de separación

solidoliquido se recupera y se vuelve a utilizar en la planta de relleno y en la planta

concentradora. Esta recopilación de procesos, en función de mi trabajo de investigación

acerca del transporte de relleno en pasta a largas distancias, proporciona una idea

concreta de lo provechoso que es la utilización de los recursos ya usados y adaptarlos

en los nuevos procesos de relleno de pasta y tratamiento de relaves; nos permite realizar

un estudio analítico previo que permita conocer las propiedades de los relaves cuando

participan en una mezcla con cemento y luego proyectar los costos operativos y su mejor

resultado en el cuidado del medio ambientes y seguridad del material humano de las

mineras.

2.2. BASES TEÓRICAS

2.2.1. Método de Explotación

El método de minado para una explotación subterránea exige que el yacimiento deba

cumplir ciertos factores como la resistencia del mineral y de la roca encajonante, entre

estos su dimensión, forma, profundidad, ángulo de buzamiento, posición del depósito.

La información del macizo rocoso es importante para el dimensionamiento de las labores

de explotación y facilita en la elección de un método de minado.

18

2.2.1.1. Método de Sublevel Stoping

El método se denomina sublevel stoping que consiste en cubicar los cuerpos

mineralizados formando paralelepípedos para ser minados de forma ascendente de

acuerdo a un programa establecido por año.

Figura 1. Secuencia de mina mina Cerro Lindo.

En la Unidad Minera Cerro Lindo el método de minado es Sub-level Stopping (taladros

largos) ascendente secuencial debido a la geomorfología de los cuerpos mineralizados

y al tipo de yacimiento. Es un método de producción masivo ya que se mueve gran

volumen de tonelaje.

Este método consta de la ubicación de los tajos de 30 metros de alto, 25 metros de

ancho y 40 metros de largo. En estos bloques se pueden realizar las perforaciones en

mallas pasantes o en mallas negativas y positivas.

Los paralelepípedos se van formando de tal manera que el diseño principal era de hacer

una cruz o una “T” lo que corresponde para cada tajo tanto en la parte superior como

inferior, la galería más larga se llama galería central o principal mientras que la galería

transversal se la llamara galería Slot. Básicamente todos los tajos tienen la misma matriz

y cada nivel tiene la misma configuración.

2.2.2. Ciclo de minado

19

El ciclo de minado en la Unidad Minera Cerro Lindo consta de: sostenimiento,

perforación, voladura, ventilación, desate mecanizado, limpieza y transporte, para el

método de explotación de “sublevel stoping”.

2.2.2.1. Sostenimiento

El sostenimiento aplicado en la Unidad Minera Cerro Lindo son el shotcrete vía humedad

de espesor que llegan de 2”, 3” y 4” según la evaluación geomecanica en la labor que

amerite, estos se refuerzan con fibras sintéticas para alcanzar los fc = 300 kg/cm2 y se

empernan con pernos helicoidales sistemáticos de 10’ espaciados de 1.5m x 1.5m. En

los cruces, selladas, en la preparación de tajos en el nivel superior e inferior se colocan

los cables boletín de 6.5 m a 15 m cuando el terreno lo requiera y previa evaluación

geomecanica.

Existen labores que cruzan zonas de rocas de RMR bajo a muy bajo, este terreno de

baja calidad de roca requiere el sostenimiento de shotcrete, perno helicoidales y malla

electro soldada.

Figura 2. Tabla geomecanica de la mina Cerro Lindo

20

2.2.2.2. Perforación

En la Unidad Minera Cerro Lindo, se utiliza equipos perforadores frontoneros para los

labores de avance desarrollo, estos equipos hidráulicos tienen 2 brazos perforadores

para cumplir con la operación en una sección de 5 mt x 4.5 mt. La aplicación de equipos

con la tecnología de última, favorece en la evolución de los metrajes perforados y

permite el cumplimiento del metraje programado.

Figura 3. Equipo perforador frontonero en perforación.

2.2.2.3. Voladura

Se realiza el carguío con el equipo anfoloader (cargador neumático mecanizado).

Accesorios de voladura: fanel de periodo corto (15m): carmex (guias ensamblada).

Explosivos: cordón detonante (pentacord 5p): emulsión 3000 (2" x12") agente de

voladura: anfo.

21

2.2.2.4. Ventilación

El sistema de ventilación de la U.M. Cerro Lindo está constituido por labores de

ventilación, ventiladores primarios, Extractores primarios y ventiladores auxiliares.

Todos estos componen una compleja red que actualmente ingresa a la mina 2’000 000

de CFM logrando cubrir el requerimiento actual de 1´700 000 CFM esta cantidad sin

considerar el requerimiento por voladura debido a que esta s e realiza durante el cambio

de guardia.

Figura 4. Frente cargado y amarrado.

22

Figura 5. Detector de gases.

2.2.2.5. Desate mecanizado

El desatado se realiza con la finalidad de hacer caer las rocas sueltas que se encuentran

en los hastiales, las coronas, etc. con los desatadores electrohidráulicos SCALER BTI.

En esta área se realiza el desatado en los frentes ciegos como cruceros, galerías,

rampas, etc. y desatado en las labores donde las condiciones son inestables por

seguridad, como también las ventanas de los tajos vacíos para la preparación de los

tapones de contención de relleno.

Figura 6. Desatador mecánico.

23

2.2.2.6. Limpieza y transporte

El acarreo entre scoops y volquete, es el lugar llamada cámara de carguío diseñada a

las condiciones del tajo de extracción del nivel inferior, en donde el scoops carga el

material y lo vierte en el camión, siendo este último el que va a mover el material hasta

las parrillas que están en el Nivel 1820 o en algunos casos cuando las parrillas están en

mantenimiento el mineral es movido a superficie en el Botadero 100, donde va a pasar

al siguiente proceso el cual es el chancado.

2.2.3. Relleno en pasta

2.2.3.1. Planta de Relleno en Pasta

El relleno en pasta es un fluido no Newtoniano, con alta concentración de sólidos. Para

su producción de se utiliza el relave total generado por la planta concentradora que se

mezcla con cemento y agua para obtener una pasta con valores de resistencia a la

compresión uniaxial, a un determinado tiempo de curado y que cumpla con los

parámetros operacionales para un buen bombeo y transporte a largas distancias.

Su bajo contenido de agua hace que esta mezcla tenga una consistencia espesa, las

partículas de diferentes tamaños no se segregan ni sedimentan mientras la pasta es

bombeada a través de las líneas de relleno hasta los tajos a rellenar.

Figura 7. Scoop para limpieza de frente.

24

La U.M. Cerro Lindo cuenta con dos plantas de relleno en pasta, las cuales realizan la

preparación del relleno de forma independiente, desde la recepción del relave

proveniente de la planta metalúrgica hasta realizar el bombeo hacia los tajos a rellenar.

Figura 8. Diagrama de flow sheet de las plantas de pasta 1 y 2.

2.2.3.1.1. Filtro de banda

El filtro de banda horizontal se alimenta continuamente por bombeo controlado mediante

un lazo de control entre el VFD de la bomba y el sensor del nivel del tanque. El tanque

está equipado con un agitador para mantener en suspensión los sólidos de la pulpa. La

alimentación al filtro se distribuye uniformemente sobre la banda en el extremo opuesto

del rodillo de tracción del filtro-banda.

25

2.2.3.1.2. Tanque espesador

El agua obtenida del proceso de filtrado es derivada hacia el espesado donde se va a

separar el agua de los componentes solidos sedimentados para luego ser reutilizada y

los sedimentos regresan al proceso de filtrado.

Figura 10. Tanque espesador.

Figura 9. Filtro de banda.

26

2.2.3.1.3. Mezclador (Mixer)

En este equipo se produce la mezcla entre el relave, cemento y agua. Este tipo de

equipos tienen un sistema donde el llenado y vaciado se realiza a través de válvulas mix

proof (a pruebas de fugas), de esta forma es posible realizar en simultaneo el llenado,

vaciado y la limpieza de diferentes tanques al mismo tiempo.

Figura 11. Tolva mezclador.

2.2.3.1.4. Bomba putzmeister

Es una bomba de desplazamiento positivo con capacidad para bombear 105 m3/h de

pasta de 83.8 % sólidos que reporta una reología correspondiente a un asentamiento de

175 mm (7” slump). Accionada hidráulicamente con motor de 450 Kw., trabaja a unos

7.7 strokes/min con presión de 60 a 80 bares.

27

Figura 12. Bomba putzmeister.

2.2.3.2. Pasta

Es una mezcla compuesta en su mayoría por relave de planta concentradora, cemento

y agua para alcanzar una resistencia con un tiempo de fraguado. Para aumentar su

contenido de sólidos, la pulpa de relaves tiene que pasar por dos procesos de

separación solido-liquido. Es utilizado el 100% de relaves generado por planta

concentradora para la composición de la mezcla.

28

Figura 13. Prueba de slump de la pasta.

2.2.3.3. Reologia de la pasta

Los fluidos presentan movimientos que llevan una deformación a partir de unos

principios físicos que son estudiados por la reologia. Es el movimiento del fluido, el

esfuerzo al corte, viscosidad y la gradiente de velocidad el que determina el

comportamiento para estos principios.

Para una transportabilidad de la pasta, el slurry cuenta con una reologia propia del

mineral del yacimiento VMS que es un factor importante en la selección de una bomba,

ubicación de la planta de relleno en pasta y el sistema de transporte.

29

2.2.4. Tapones de contención

En la Unidad Minera Cerro Lindo se usan los tapones tipo muros de concreto para la

contención del relleno en el interior del tajo.

2.2.4.1. Muros de concreto

El relleno en pasta permite la disposición del relave, dando continuidad al ciclo de

minado. Para rellenar un tajo es necesaria la construcción de muros de contención, es

por ello la importancia del análisis de su ciclo de construcción.

Una vez se termina la explotación del tajo se procede a realizar el protocolo de entrega,

en el cual se establecen las condiciones en las cuales se debe de encontrar la ventana

de extracción del tajo, para poder iniciar la construcción del muro de contención; estas

condiciones son:

• Iluminado: Mejora la visibilidad en el área de construcción

• Dique de seguridad: Limita el área de trabajo hacia el lado del tajo, lo cual impide la

exposición de los trabajadores hacia el espacio vacío.

• Desate: Elimina las rocas suelta o bancos.

• Sostenimiento con shotcrete: Asegura la corona y los hastiales

• Raspado de piso: La construcción del muro se debe realizar en roca firme.

De igual manera durante la construcción del muro de contención se deben cumplir los

siguientes estándares:

• Pernos de 5/8” de espesor y 9’ de longitud espaciados cada 40 cm. en el piso,

hastiales y corona.

• Longitud inyectada del perno 5’ y longitud en voladizo 4’

• Estructurado de aceros de 1/2" formando doble malla, espaciamiento entre aceros

verticales y horizontales de 20 cm. y espaciado entre malla y malla de 20 cm.

• Espesor del muro 35 cm.

• Construcción en dos tramos, primer tramo 2.8 m de alto y el segundo tramo la

longitud restante de la ventana.

El tiempo de construcción de un muro va a variar de acuerdo a:

• El equipo usado para la perforación; el piso se perforará siempre con jackleg, la

perforación de los hastiales y la corona dependerá de la disposición del bolter.

De comenzarse la perforación de los hastiales con jackleg, la perforación de la

corona también se debe culminar con jackleg.

30

• El uso del bolter, que brinda una mejor calidad de perforación en cuanto a limpieza

y orientación de los taladros, lo que facilita el cumplimiento del estándar de inyección

de los pernos.

• El trabajo en el segundo nivel, que se puede realizar sobre andamios o sobre un

dique plataforma, esto dependerá si es que se utilizara la jackleg para completar la

perforación de la corona.

• La inyección de los pernos, que se puede realizar de forma manual o con el uso de

una bomba Ictus.

• Las dimensiones de la ventana, si la ventana es muy grande demanda más tiempo

desde la perforación hasta el tiempo de vaciado, porque implica más preparaciones

de mezcla.

• La disposición de los agregados y cemento, cuando no se cuenta con labores

cercanas para depositar los materiales, el tiempo de preparación de mezcla se

prolonga debido a que el mixer debe realizar mayor desplazamiento.

• La disponibilidad de energía eléctrica, la falta de está no paraliza el proceso solo lo

prolonga, debido a que, hace más lento el corte de los listones de madera y planchas

de triplay para el encofrado y los aceros de construcción y los alambres para el

estructurado.

Figura 14. Estructurado 1er nivel de un muro tapón de concreto.

31

Figura 15. Construcción del 2do nivel de un muro tapón de concreto

2.2.5. Propiedades físicas del relleno

2.2.5.1. Densidad de la mezcla

Es la relación entre la densidad de la pulpa de pasta y el contenido de agua en la mezcla.

El slurry está compuesto por varios elementos como el relave, cemento y agua, para ello

no se tiene una gravedad especifica fija.

Su cálculo se procede con el uso del método de la fiola.

P1 Ge= (P3

−P2)−(P4 −P5)

Donde:

P1: Peso del mineral

P2: Peso de la fiola

P3: Peso de la fiola + peso del agua

P4: Peso de la fiola + peso del mineral + peso del agua

P5: Peso de la fiola + peso del mineral

2.2.5.2. Velocidad de percolación

32

Se define como la rapidez o velocidad con la que el agua circula a través de la de la

masa granular del relleno por efecto de la gravedad.

L∗Q

Vp =

H∗A

Donde:

Vp: Velocidad de percolación

L: Altura de masa granular

Q: Caudal (cm3/hr)

A: Área de la sección (cm2)

H: altura donde el nivel del agua es constante

2.2.5.3. Velocidad crítica de deposición

La velocidad crítica de deposición varía ligeramente según el origen de la pulpa, está

dado por una velocidad de empuje ligeramente superior a la fuerza gravitacional.

ρS

Vs

ρ

Donde:

FL: Factor constante de Durand.

g: Aceleración de la gravedad (9.8 m/s2) D:

Diámetro interno de la tubería (metro) ρs:

Densidad de los sólidos del slurry (kg/m3) ρl:

Densidad del fluido de transporte (Kg/m3)

2.3. Definición de términos básicos

33

2.3.1. Relleno de Pasta

El relleno en pasta es un fluido con alta concentración de sólidos, se compone por una

mezcla con cemento, relave y agua, para obtener una pasta con valores de resistencia a

la compresión para el relleno de labores subterráneas.

2.3.2. Agua

Elemento fundamental en la preparación de la mezcla de la pasta, permite aumentar o

disminuir la densidad de la mezcla, la cantidad a utilizar depende también del diseño de

mezclas.

2.3.3. Cemento

Producto comercial que tiene propiedades hidratantes al actuar con el agua, la cantidad

se especifica en el diseño de mezclas.

2.3.4. Consistencia

Grado de humedecimiento de la mezcla, depende de la cantidad de agua usada y se

mide a través del ensayo de Slump.

2.3.5. Compresión

La resistencia a la compresión es la carga máxima para una unidad de área soportada

por una muestra antes de fallar (agrietamiento, rotura), se medirá en valores expresados

en kg/cm2.

2.3.6. Relave Minero

Son desechos tóxicos subproductos de procesos mineros y concentración de minerales,

usualmente una mezcla de tierra, minerales, agua y rocas, la cantidad de relave a utilizar

depende de la dosificación del agregado fino.

2.3.7. Relación agua cemento (a/c)

Es la relación principal que influye en la resistencia del concreto, siendo determinada en

el diseño de mezclas.

2.3.8. Resistencia a la compresión

Es el máximo esfuerzo que puede soportar las probetas de concreto, el cual se mide en

kg/cm2.

2.3.9. Tamizado

Método por donde se pasan los agregados o solidos por un tamiz de un tamaño concreto

para producir una mezcla homogénea con un tamaño de granulo específico.

CAPITULO III

METODOLOGÍA

34

3.1. Métodos y alcance de la investigación

3.1.1. Métodos

Enfoque cuantitativo, hipotético deductivo, paradigma positivista y alcance de naturaleza

descriptiva.

3.1.2. Alcance

El presente trabajo de investigación esta direccionado a satisfacer las expectativas de

la transportabilidad del relleno en pasta a largas distancias en la mina Cerro Lindo, por

lo tanto, el alcance del presente tiene la mezcla, dosificación y bombeo de la pulpa en

el proceso de relleno de los tajos de la Unidad Minera Cerro Lindo.

3.2. Diseño de la investigación

No experimental

3.3. Población y muestra

3.3.1. La población

Nexa Resources, Chincha, Perú.

3.3.2. Muestra

Unidad Minera Cerro Lindo

CAPITULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Introducción del relleno en pasta con aditivo

35

Se realizó una prueba de relleno en pasta con aditivo MasterRoc MF 501 en la Planta

de Pasta, desde donde se rellenó el tajo 200 del nivel 1820. Después que el relleno es

bombeado desde Planta N° 2, el tiempo de llegada del relleno al tajo es 10 a 15 minutos.

En esta prueba se buscaron dos objetivos:

1. Mantener la consistencia del relleno en pasta de tal manera que se mantengan

las presiones de bombeo actuales con facilidad de transporte del relleno en

pasta.

2. Incrementar la densidad de relleno desde ~2+580 (producción actual en planta)

hasta 2800, lo que va a permitir el incremento de la resistencia.

Dichos objetivos se lograron con el uso del aditivo Master Roc MF 501.

En la prueba industrial se emplearon 5000 litros de Master Roc MF 501, el cual se

transportó a través de mangueras desde la posición de los IBC’s hasta el punto de

descarga en el mezclador continuo. La descarga de aditivo al mezclador continuo inició

a las 9:00 y culminó a las 18:20.

Durante la prueba, se nos solicitó recoger muestras de relleno con 3 dosis diferentes de

cemento: 3, 4 y 5%. Se recogieron 9 muestras con 3%, 2 muestras con 4% y 2 muestras

con 5%. La mayor cantidad de muestras de 3% se debe a que en la mayor parte del

tiempo la planta de relleno trabaja con esa dosificación de cemento.

El punto de descarga del aditivo se ubicó en el techo del mezclador, a unos 40 cm

delante de la pared delantera de la tolva.

36

Figura 16. Punto de descarga de la línea de aditivo en el mezclador continúo de Planta.

4.2. Ensayos realizados

4.2.1. Mezclas patrón

Los parámetros medidos durante la prueba industrial fueron los siguientes:

• Densidad de mezcla (balanza Marcy, en superficie)

• Consistencia (Slump, medido en el cono de Abrams, en superficie)

Se recogieron 2 muestras del mezclador continuo, en cada una de las cuales se midieron

los parámetros indicados anteriormente. En el momento de dicho muestreo, la planta

trabajaba con dosis de cemento = 3%.

El propósito de evaluar muestras patrón fue sólo para conocer la consistencia objetivo

con que se debe bombear el relleno al tajo, con presiones de bombeo normales.

Asimismo, se registró la densidad del relleno patrón para establecer qué incremento de

densidad alcanzaría posteriormente la mezcla de relleno con la adición del aditivo

Master Roc MF 501.

4.2.2. Mezclas con aditivo

Los parámetros medidos en cada muestra, durante y después de la prueba industrial,

fueron los siguientes:

37

Durante la prueba industrial:

• Densidad de mezcla (balanza Marcy, en superficie e interior mina).

• Consistencia (Slump, medido en el cono de Abrams, en superficie).

Después de la prueba industrial:

• Tiempo de secado (ensayo con aguja de Vicat en laboratorio de interior mina, Norma

técnica ASTM C191).

• Resistencia a compresión (ensayo de probetas cilíndricas de 4x8” en laboratorio de

interior mina, Norma técnica ASTM C33).

Se registraron 13 muestras, en cada una de las cuales se midieron los parámetros

indicados.

Cada muestra consta de 12 especímenes cilíndricos de 4x8” moldeadas en el tajo para

ensayo de resistencia a compresión más un espécimen (troncocónico) en recipiente

plástico para ensayo de secado. Se tomaron en total 169 probetas.

4.3. Parámetros operacionales por considerar en la prueba

El aditivo Master Roc MF 501 es un líquido con formulación homogénea; su empleo en

el relleno en pasta otorga lo siguientes beneficios:

• Incrementa la fluidez con una misma densidad de pasta; por lo que es posible

subir la densidad sin incrementar las presiones de bombeo.

• Dispersa mejor los granos de cemento para alcanzar mayores resistencias; por

lo que es posible disminuir el contenido de cemento.

Es importante que la alimentación del cemento al mezclador, así como el caudal de agua

y relave filtrado sean lo más constante posible para lograr la máxima performance del

aditivo.

Pueden ocurrir variaciones en la consistencia; esto se debe a factores como:

• Variación del caudal de descarga de agua al mezclador continuo. Cuando el

caudal de agua que ingresa al mezclador disminuye, las presiones de bombeo se

elevan.

38

• Aspectos granulométricos del relave. Cuando la granulometría del relave es muy

fina, se debe abrir más la válvula de agua para mantener las presiones de bombeo en

niveles permisibles, lo que hace disminuir la densidad y resistencia del relleno.

Algunos factores observados en la planta N° 2 desde donde se realizaron estas pruebas

industriales influyen directamente en la presión de bombeo de relleno:

• La alimentación de agua al mezclador continuo no cuenta con dispositivo alguno

que mida en tiempo real el caudal que ingresa al mezclador.

• Se ha observado que el caudal de agua no es constante, varía dependiendo de

la cantidad que se envíe desde planta concentradora a la planta de relleno.

• También hay ocasiones donde el agua llega a planta de relleno con excesivo

contenido de sólidos, lo que en algunos casos llega a obstruir la línea de alimentación

de agua al mezclador continuo.

• El dosificador de cemento que cae al mezclador -al parecer- tiene errores en su

funcionamiento, se ha observado que hubo minutos en que no se descargaba cemento

al mezclador; a pesar de que se podía leer en el panel de control que efectivamente

estaba descargando cemento.

Lo descrito anteriormente influye significativamente en incrementos de la presión de

bombeo de relleno e incrementos en la demanda de caudal de aditivo para mantener la

presión de bombeo en niveles aceptables.

4.4. Resultados de densidad de relleno, consistencia (slump) y presión de

bombeo:

4.4.1. Mezclas patrón:

Respecto al ensayo de consistencia, se notó que la usada para el bombeo al tajo de

prueba era muy fluida (revenimiento vertical ≥ 11 ¾”). Cuando se tienen consistencias

39

muy elevadas es mejor medir la extensibilidad pues dos mezclas con consistencias

similares pueden tener características de fluidez completamente diferentes como se

puede observar en las fotos. Se decidió considerar como parámetro de medición de

consistencia a la extensibilidad horizontal de cada mezcla de relleno.

En las siguientes imágenes se señalan con flechas rojas las mediciones de

extensibilidad que se realizaron a las 2 mezclas patrón. Las mediciones se realizaron en

ambas direcciones diagonales de la plancha metálica de 1 m de lado que se empleó

para el ensayo:

Figura 17. Las densidades registradas en ambas muestras de relleno patrón fueron

2570 y 2600.

La variación en la extensibilidad de las dos muestras patrón evidencia que, a pesar de

tratarse de la misma mezcla, la consistencia (slump) no es constante. Hay varias

razones que pueden explicar tal variación, como cambios en la granulometría del relave

(exceso de finos reduce la extensibilidad), caudal inconstante de agua industrial que

alimenta al mezclador continuo (reducción del caudal de agua reduce la extensibilidad),

etc.

En el lapso de medición de ambas consistencias de mezcla mostradas anteriormente,

las presiones de bombeo oscilaron entre 50 y 100 bar (en el eje de las abscisas de la

siguiente figura se puede ver la hora de registro del panel de control de planta).

40

Figura 18. Presiones de bombeo registradas en el instante del muestreo de mezclas

patrón al tajo de prueba.

4.4.1.1. Análisis de resultados

El pico más alto de presión de bombeo observado en la imagen derecha anterior (hasta

100 bar) corresponde a la mezcla con menor extensibilidad (68 cm).

La variación de extensibilidad y el incremento de presión de bombeo observado en el

tiempo en que se recogieron ambas muestras del relleno patrón requiere un manejo

constante de las válvulas de alimentación de agua al mezclador continuo. Cuando la

presión de bombeo sube, se deben abrir las válvulas de alimentación de agua para bajar

la presión de bombeo hasta niveles seguros de operación. Esta operación disminuye la

densidad y resistencia del relleno.

Las presiones de bombeo registradas en el muestreo de ambas mezclas patrón fueron

consideradas como los límites máximos de presión que se debía alcanzar con las

mezclas que incluirían aditivo. Por tanto, para no sobrepasar dichas presiones máximas

de bombeo, se estableció que la extensibilidad mínima de cualquier mezcla con aditivo

despachada al tajo de prueba debía ser ≥ a 68 cm.

4.4.2. Mezclas con aditivo:

En la siguiente tabla 1, se muestran los registros de alimentación de relave y cemento

al mezclador continuo que indicó el panel de control de la planta 2, durante todo el tiempo

que descargó el aditivo al mezclador. También se especifican el caudal de descarga de

aditivo y las densidades de relleno registradas en cada una de las 13 muestras extraídas

de relleno con MasterRoc MF 501:

41

Tabla 1. Muestras de las mezclas obtenidas.

El siguiente Gráfico relaciona la extensibilidad y densidad promedio de mezclas

registradas en la prueba industrial. Ambos parámetros fueron medidos en superficie (en

la descarga del mezclador continuo). Se comparan registros de mezclas patrón y

mezclas con aditivo. Se insertaron en el gráfico dos líneas horizontal y vertical que

indican el límite mínimo de extensibilidad horizontal que debe tener cualquier mezcla

bombeada al tajo de prueba para no generar presión de bombeo excesiva (línea

vertical), así como la densidad mínima objetivo del relleno (línea horizontal). El área

sombreada indica el cumplimiento de ambas condiciones.

42

Figura 19. Densidad del relleno Vs Extensibilidad horizontal

4.4.2.1. Análisis de resultados

En la Tabla 1 se observa que la densidad de relleno registrada en interior mina siempre

es menor a la densidad registrada en superficie. Este hecho se debe al asentamiento de

sólidos cuando el relleno es transportado por tubería. Dicho asentamiento de sólidos se

produce cuando la velocidad de transporte del relleno es menor a la velocidad crítica de

asentamiento de sólidos.

En el Gráfico 1, se aprecia que las mezclas con aditivo aumentaron significativamente

la densidad del relleno con respecto a la mezcla producida actualmente en Planta N° 2.

El rango de densidades registradas de la mezcla patrón (puntos rojos) fue entre 2570 y

2600. La inclusión de aditivo en el relleno (puntos azules, verdes y amarillos) aumentó

la densidad a un rango entre 2680 y 2890.

En el Gráfico 1, las 3 dosis de cemento empleadas (3, 4 y 5%) en la prueba industrial

con aditivos cumplieron el requisito de densidad (= 2800) y extensibilidad (≥ 68 cm). Se

aprecia que 10 de las 13 muestras de mezcla con aditivo alcanzaron una extensibilidad

mayor a 68 cm, mientras que 6 de las 13 muestras de mezcla con aditivo alcanzaron

densidad mayor a 2800. Los casos donde no se cumplió los requisitos de densidad y

slump se deben a incrementos súbitos de presión de bombeo (debido a las razones

antes expuestas) que obligaron a abrir la válvula de agua. En cualquier caso, todas las

mezclas con aditivo representan una mejora significativa en densidad de relleno

respecto a la producción actual.

43

En general, las densidades más elevadas registradas están directamente relacionadas

con una mayor demanda de caudal de aditivo. A continuación, para cada dosis de

cemento usada, se especifica las densidades de relleno y caudal de aditivo empleado

para mantener las presiones de bombeo en rangos permisibles:

• Para las mezclas con 3% de cemento e inclusión de aditivo (puntos azules en el

anterior gráfico), se empleó un rango de caudal de aditivo de 5.9 a 10.6 lt/minuto,

alcanzando un rango de densidades de relleno en superficie entre 2680 y 2830.

• Para las mezclas con 4% de cemento e inclusión de aditivo (puntos verdes en el

anterior gráfico), se empleó caudal de aditivo de 10.6 lt/minuto, alcanzando un rango de

densidades de relleno en superficie entre 2840 y 2890.

• Para las mezclas con 5% de cemento e inclusión de aditivo (puntos amarillos en

el anterior gráfico), se empleó un caudal de aditivo de 10.6 lt/minuto, alcanzando un

rango de densidades de relleno en superficie entre 2700 y 2800.

El día de la prueba industrial, el operador de planta indicó que el relave que descargaba

al mezclador contenía excesiva cantidad de finos, ya que en reiteradas oportunidades

hubo súbitos incrementos de presión de bombeo bajo condiciones constantes de

descarga de cemento y aditivo al mezclador continuo (se detalla en Tabla 2).

En el tiempo que descargó el aditivo al mezclador continuo, hubo hasta 3 ocasiones

donde, a pesar de que el panel de control de alimentación de cemento al mezclador

continuo estaba configurado para descargar dosis de 3, 4 y 5%, la descarga de cemento

al mezclador se cortó (no había descarga de cemento al mezclador). Sin presencia de

cemento en el mezclador, el aditivo no tiene ningún efecto de hacer “más fluido” el

relleno. Por tanto, este hecho también es una causa de incremento en la presión de

bombeo.

4.5. Tiempo de secado

Los resultados corresponden sólo a muestras de relleno con MasterRoc MF 501.

44

Para facilitar el muestreo del relleno en los moldes de secado, se reemplazó el molde

estándar que estipula ASTM C191 (molde troncocónico que debe ser sellado

completamente a lo largo de su superficie de contacto con una base de vidrio) por un

recipiente plástico hermético de volumen similar.

Figura 20. Muestras para realizar el secado con vicat.

Es importante indicar que la condición de curado de los especímenes de secado en los

ensayos realizados fue no-drenada (el agua del relleno permanece dentro del recipiente

hasta que se evapora por completo). Esta condición es conservadora, ya que la

condición de curado en el tajo es drenada (el agua evacúa por drenes de los muros de

contención en la parte baja del tajo y también por las discontinuidades de la roca).

Por otra parte, el peso propio de la masa de relleno presente en el tajo acelera el drenaje

de agua debido a la presión vertical que ejerce sobre el propio relleno. Dicha presión

vertical se incrementa a medida que la altura de relleno se incrementa. Por tanto, se

prevé que el tiempo de secado del relleno en el tajo será menor al registrado en los

ensayos de secado realizados.

No fue posible el moldeo de muestras patrón (relleno sin aditivo), debido a que el tiempo

que duró la prueba industrial con aditivo fue mayor al tiempo de la guardia del personal

de laboratorio de relleno en mina. Sólo fue posible el recojo de muestras con diferentes

dosis de cemento y aditivo a lo largo de la prueba industrial.

A continuación, se muestran los resultados de tiempo de secado obtenidos después de

monitorear continuamente los especímenes moldeados. Se realizaron registros de

penetración en los especímenes desde la primera hora después de su moldeo hasta

que secó la totalidad de los especímenes (penetración cero):

45

Figura 21. Ensayo de tiempo de secado con herramienta vicat.

4.5.1. Análisis de resultados

A partir de los resultados obtenidos, se infiere lo siguiente:

• Las mezclas con 3% de cemento secaron hasta 72 horas después del moldeo

de especímenes. Por tanto, se prevé un tiempo de secado del relleno con esta

dosis de cemento menor a 3 días en las condiciones de curado del tajo.

• Las mezclas con 4% de cemento secaron hasta 48 horas después del moldeo

de especímenes. Por tanto, se prevé un tiempo de secado del relleno con esta

dosis de cemento menor a 2 días en las condiciones de curado del tajo.

• Las mezclas con 5% de cemento secaron hasta 24 horas después del moldeo

de especímenes. Por tanto, se prevé un tiempo de secado del relleno con esta

dosis de cemento menor a 1 día en las condiciones de curado del tajo.

4.6. Resistencia a compresión:

Por cada una de las 13 muestras extraídas, se moldearon 12 probetas cilíndricas de

4x8”, para ser ensayadas a edades de 7, 28, 60 y 90 días.

Las probetas plásticas de curado tienen una abertura en la base de ellas, lo que indica

un curado drenado de los especímenes. Este tipo de curado, en comparación con el

46

curado no-drenado, se aproxima más a las condiciones reales de curado del relleno en

el tajo.

El recojo de muestras en interior mina se realizó en el punto de descarga de la tubería

de relleno en el tajo de prueba. Se acondicionó un área de curado provisional para las

probetas, que se ubicó al lado de la zona de descarga de la tubería de relleno. En dicha

área se dispusieron todas las probetas usadas en el moldeo de especímenes. Después

del moldeo de los especímenes, se esperó por 2 días hasta que los especímenes

sequen en el lugar provisional mencionado. Luego de ello, todos los especímenes fueron

trasladados al laboratorio de relleno, donde se desmoldaron y siguieron con su proceso

de curado hasta la edad de ensayo.

Figura 22. Muestras de probetas de relleno para la compresión.

4.6.1. Análisis de resultados:

Con respecto a las mezclas con 3% de cemento:

Los especímenes (íconos azules) muestran una tendencia de incremento de resistencia

a medida que la densidad del relleno se incrementa.

Los especímenes moldeados alcanzaron densidades en superficie entre 2770 y 2830,

obteniendo resistencias entre 0.20 y 0.40 MPa a 7 días.

47

A edad de 28 días no se observó incremento significativo de resistencia con respecto a 7

días. Los especímenes mantuvieron esencialmente el mismo nivel de resistencia que a 7

días.

Con respecto a las mezclas con 4% de cemento:

Los especímenes moldeados (círculos verdes) alcanzaron densidades en superficie

entre 2800 y 2890, obteniendo resistencias entre 0.50 y 0.60 MPa a edad de 7 días.

A edad de 28 días sí se observó incremento significativo de resistencia con respecto a

7 días. Los especímenes alcanzaron resistencias entre 0.65 y 0.85 MPa, sobrepasando

el requisito de resistencia requerida.

Con respecto a las mezclas con 5% de cemento:

Los especímenes moldeados (círculos amarillos) alcanzaron densidades en superficie

entre 2790 y 2840, obteniendo resistencias entre 1 y 1.05 MPa a 7 días.

A edad de 28 días, los especímenes alcanzaron resistencias entre 2.05 y 2.25 MPa.

Las resistencias obtenidas a 7 y 28 días sobrepasan considerablemente la resistencia

requerida por Geomecánica. Por tanto, se debe limitar la dosis de cemento de las

mezclas que incluyan MasterRoc MF 501 a menos de 5%.

CONCLUSIONES

1. Se determinó el indicador que predomina en la dimensión de la mezcla de agua

en la transportabilidad de relleno de pasta a largas distancias con el incremento

de la densidad del relleno sin aumentar las presiones de bombeo actuales, desde

una densidad inicial de ~2580 (sin aditivo) hasta densidad final mayor a 2800,

para mezclas con 3, 4 y 5% de cemento. Tal incremento de densidad se alcanzó

con dosis de aditivo de 6.6, 4.7 y 4.1% (en peso de cemento), respectivamente.

2. Se determinó el indicador que predomina en la dimensión de la mezcla de aditivo

en la transportabilidad de relleno de pasta a largas distancias con Las mezclas

con 5% de cemento y dosis de aditivo de ~4.1% (en peso de cemento)

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prácticamente duplicaron la resistencia de relleno requerida (0.6 MPa a 28 días)

a edad de 7 días y triplicó la resistencia requerida a edad de 28 días.

3. Se determinó el indicador que predomina en la dimensión de tuberías de

transporte en la transportabilidad del relleno de pasta a largas distancias en la

empresa Nexa Resources de acuerdo a la densidad y slump enviado a interior

mina.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

A., Castaneda, Mendieta, Lezama y P., Ampuero. 2015. Sistema de relleno con mortero de relave para mejorar la confiabilidad del sostenimiento en la minería subterránea. Chincha: s.n., 2015.

Benzaazoua, Fall y. 2003. 2003.

Cantorin. 2013. Método de relleno de pasta en la Unidad Minera San Rafael. San Rafael: s.n., 2013.

G., Suazo y A., Fourie A. y Hasan. 2015. Estudio experimental de la respuesta geomecanica de relaves en pasta cementados utilizados para el relleno de caserones. Western, Australia: s.n., 2015.

Lain Huerta, Carlos. 2015. Estudio de las dimensiones tensionales y de la resistencia de los rellenos de pasta de la Mina Subterránea de aguas tenidas. Huelva : s.n., 2015.

Ministerio de en ergia y minas. 2014. Orcopampa: s.n., 2014.

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Ministerio del Ambiente. 2013. Organismo de evaluación y fiscalización ambiental. Junín: s.n., 2013.